Новый механизм сосуществования видов: движение против роста

Исследователи из института AMOLF (Амстердам) и Гарварда показали, что способность организмов к движению играет роль в стабилизации экосистем. В статье, опубликованной 19 февраля 2020 года в Nature, они описывают, как конкуренция между «движущимися» и «растущими» приводит к балансу, при котором оба типа бактерий могут продолжать сосуществовать.

Парадокс сосуществования — что предотвращает вымирание?

Чтобы найти виды бактерий для экспериментов, аспирант Себастьян Гуде взял два штамма из кишечника одного животного. В первых опытах один штамм (синий «лузер») всегда проигрывал в конкуренции и вымирал. Ситуация изменилась, когда среду для роста (жидкость) заменили на гель, напоминающий желе.

На геле синие бактерии, будучи в меньшинстве, начинали производить больше потомства, чем красные «победители». Красные, в свою очередь, становились более конкурентоспособными, когда их было мало. Оба штамма избежали вымирания и сосуществовали.

Территориальная экспансия

Наблюдения за процессом показали, что популяции мигрировали в гель волной, потребляя сахара. Изначально доминировали красные бактерии, но их продвижение внезапно остановилось, когда синие вышли вперед и сформировали тонкий слой на фронте. После этого волна состояла только из синих бактерий. Синие могли размножаться в более глубоких областях геля, куда красные не могли добраться.

Распространяться или расти?

Оказалось, что синие бактерии были хуже в размножении (проигрывали в прямой конкуренции), но компенсировали это более быстрой миграцией. Достигая отдаленных регионов первыми, они потребляли местные сахара, блокируя продвижение красных — стратегия «выжженной земли».

«Некоторые бактерии, очевидно, хороши в размножении, а другие — в миграции. Но они не могут преуспеть в обоих. Это имеет смысл, потому что оба вида деятельности требуют много энергии», — говорит Сандер Танс.

С помощью генной инженерии исследователи показали, что одного этого механизма (специализации на миграции или росте) достаточно для сосуществования. Другие механизмы, такие как обмен токсинами или зависимости, как в пищевых сетях, не являются обязательными.

Значение для экологии и медицины

Демонстрированный механизм актуален не только для подвижных бактерий. Он перекликается с моделями экологии растений, где конкурируют быстрорастущие растения и растения, инвестирующие больше в распространение семян.

Полученные данные могут помочь объяснить разнообразие бактерий в кишечнике человека, которое связано со здоровьем. Изучение генов подвижности и их пространственного распределения в кишечнике может пролить свет на причины этого разнообразия.